Брикет для металургійного виробництва

1. Брикет для металургійного виробництва, який містить окислений залізовмісний матеріал, зв'язуючий матеріал і пластифікатор, який відрізняється тим, що він додатково містить флюсуючу C2 2 76684 1 3 76684 4 печей і інші залізовмісні і вуглецьмісні відходи. Як У якості окисленого залізовмісного матеріалу зв'язуючий матеріал використовуються різні види він містить окалину. У якості мінерального органічних і мінеральних матеріалів, наприклад зв'язуючого матеріалу він містить портландцевапно, цемент, рідке скло і т.д. мент. Як пластифікатор він містить сульфідноПросте складування таких відходів приводить дріжджову бражку, мелассу, упарюванну до суттевих проблем. Крім того, повторне викорипіслядріжджову барду, водорозчинний препарат, стання залізовмісних відходів істотно поліпшує лужний стік виробництва капролактаму або милоекономічну ефективність металургійної плавки за нафт. рахунок скорочення витрат на придбання Формування шихтового матеріалу у вигляді первородної сировини і палива. брикету приводить до підвищення рідкоплинності Відомий брикет - компонентів доменної шихти, шлаку шляхом організації промивань без значного що включає вуглецьвмісні матеріали, залізовмісні зменшення заліза в доменній шихті. матеріали, флюсуючи добавки і зв'язуючий матеПромивний брикет завдяки високій щільності ріал, який містить вуглець, оксиди заліза, кальцію, (3,5 г/см3) і значній масі (не менш 20 кг) проходить магнію, алюмінію, кремнію й інших елементів, при практично не вступаючи в хімічну взаємодію із цьому масові співвідношення наступних елементів шихтовими матеріалами і паливом (коксом) зону і оксидів у шихті C:Fe, Са:Si2, Mg:Al2О3 знаходятькогезії в доменній печі і починає активно взаємодіся в межах відповідно 0,35÷0,6; 0,3÷1,6; 0,25÷1,25; яти з графітовим сміттям у зоні горна. крупність матеріалів, що входять у шихту не переОднак, саме тому, даний брикет може грати вищує 1 мм [Патент RU 2237722, МПК7 С21В5/00, тільки роль промивного матеріалу, крім того висо322В 1/24]. кий зміст кислого оксиду заліза FeO (46, 52 %) і Недоліком зазначеного технічного рішення є низький зміст вуглецю (1, 21 %) (що випливає з те, що як залізовмісний матеріал використовують опису до патенту) не забезпечує відновлення багату залізну руду і/або залізорудний концентрат, заліза в горні і приводить до появи залізистих що виключає використання відходів металургійношлаків. Таким чином, застосування даного брикету го виробництва і здорожує шихту. обмежено тільки періодичними промиваннями. Іншим істотним недоліком зазначеного винаЗазначений брикет не може використовуватися ходу є те, що в якості зв'язуючого матеріалу викопостійно і служити замінником традиційних видів ристовується сталеплавильні шлаки і/або відходи підготовленої залізорудної сировини. зварювального флюсу. Зазначені матеріали місВ основу винаходу поставлено задачу ствотять шкідливі домішки (сірка), виведення яких з рення брикету для металургійного виробництва, доменних печей зажадає додаткових витрат вапщо зосереджує в собі дві функції: бути частковим няку і відповідно підвищених витрат коксу. Крім замінником традиційних підготовлених того, залізо в даному брикеті в основному компонентів шихти для доменного виробництва і утримується у виді Fе2О3, що унеможливлює викозабезпечувати постійний помірний промивний ристання даного брикету в якості промивного. ефект у горні доменної печі. Відомо технічне рішення - брикет для виплавДодатковим технічним результатом винаходу, ки металу прокатної окалини, що готується із сущо заявляється, є економія металургійного коксу міші прокатної окалини і зв'язуючого матеріалу в при доменній плавці за рахунок забезпечення чаякості якого використовується нонтроніт [патент сткового самовідновлення брикету. RU 2086676, МПК7 С22В 1/243]. Використання винаходу, який заявляється Недоліком даного складу брикету, є те, що він дозволяє здешевіти залізовмісну частину шихти містить тільки чисту окалину, тобто FeO, що родля доменної плавки за рахунок використання бить неприпустимим застосування його як рудного залізовмісних відходів металургійного виробницкомпонента доменної шихти, тому що FeO є киства. лим оксидом. Тому застосування зазначеного бриРішення поставленої задачі досягається тим, кету можливо тільки в якості промивного. Викорищо брикет для металургійного виробництва, місстання його як постійного компонента доменної тить окислений залізовмісний матеріал, зв'язуюшихти неможливо. чий матеріал, пластифікатор і флюсуючу добавку, Найбільш близьким до винаходу, що у вигляді пилоподібного негашеного вапна, при заявляється, є шихтовий матеріал сформований у наступному співвідношенні компонентів, мас. %: виді брикету для промивання горна доменної печі, окислений залізовмісний відомий з патенту RU 2183679, МПК7 С21С5/52, матеріал - 85÷88 %; С21ВЗ/00, С22В1/24, С22В1/242. зв'язуючий матеріал - 1,5÷3 %; Шихтова заготівка для промивання горна допластифікатор - 5÷6 %; менної печі, містить окислений залізовмісний мафлюсуюча добавка - 5,5÷6 %. теріал, мінеральний зв'язуючий матеріал і пласУ якості окисленого залізовмісного матеріалу тифікатор при наступному співвідношенні брикет містить прокатну окалину і колошниковий компонентів, мас. %: пил. Як варіант виконання в якості окисленого окислений залізовмісний залізовмісного матеріалу брикет може містити матеріал - 80÷90, прокатну окалину, колошниковий пил у суміші з мінеральний зв'язуючий відсівами агломерату і/або відсівами залізної руди, матеріал - 10÷20, і/або висушеним аглодоменним шламом. Пластифікатор - понад 100 % у кількості 0,1У якості зв'язуючого матеріалу брикет містить 0,5 % від маси мінерального зв'язуючуго портландцемент і/або глиноземистий цемент. матеріалу. 5 76684 6 У якості пластифікатору брикет містить Макіївського МЗ, Донецького МЗ, КГМК, вміст FeO органічний матеріал на основі цукрів, а саме, меу залізовмісних відходах металургійного вироблассу, і/або патоку, і/або глюкозу. ництва становить 49÷51 %; вміст Fе2О3 становить У якості флюсуючої добавки брикет містить 36÷37 %. При використанні окисленого матеріалу в пилоподібне негашене вапно, зі змістом СаО не межах 85÷88 % вміст зазначених оксидів у готовоменш 80 %. му брикеті становить: Fe≈43 % , Fе2О3≈32 %. ЗаВ одному з варіантів виконання розмір фракції гальний зміст заліза в них складе в середньому 55 окисленого залізовмісного матеріалу становить 3%. Як було зазначено раніше, 22 % заліза повинне 5 мм. прийти в горн доменної печі у виді вільного FeO. У Процентний вміст окисленого залізорудного такий спосіб 35 % заліза повинне бути відновлене матеріалу на рівні 85÷88 мас.% необхідний для із суміші оксидів. Згідно стехіометричним розратого, щоб забезпечити загальний вміст заліза в хункам для цього необхідно 9,5 % вільного вуглеготовому брикеті не менш, ніж у традиційних видах цю. На підставі аналізу статистичних даних у козалізорудної сировини, а саме, агломерату (налошниковому пилу доменних печей, що є приклад, виробництва Південного гірничозбагачуневід'ємною частиною окисленого залізовмісного вального комбінату (51÷54 %) або агломераційної матеріалу, знаходиться 10÷12 % вільного вуглецю. фабрики Маріупольського металургійного комбінаТаким чином, використовуючи від 85 до 88 % ту їм. Ілліча (50÷52 %), а саме 54÷56 %. При вигоокисленого залізовмісного матеріалу можливо товленні брикету в якості окисленого залізовмісноодержати брикет, що забезпечує виконання як го матеріалу використовуються лише відходи функції замінника традиційних видів підготовленої металургійного виробництва, а саме, прокатну залізовмісної сировини, так і функції постійного окалину і колошниковий пил у суміші з відсівами промивного матеріалу. Крім того, для відновлення агломерату і/або відсівами залізної руди, і/або наявного в ньому заліза із суміші оксидів до метависушеним аглодоменним шламом. Загальний левого стану не потрібно додаткових витрат коксу, вміст заліза в даних матеріалах згідно зі статищо забезпечує економію палива в порівнянні з стичними даними, отриманим при обробці традиційними умовам доменної плавки. журналів аналізу відходів металургійного виробДля забезпечення міцності брикету в холодництва Макіївського металургійного заводу, Доному стані традиційно використовуються різні види нецького металургійного заводу. Криворізького цементу, наприклад, портландцемент або глиногірничо-металургійного комбінату, становить земистий цемент. При змішуванні з водою 61,4÷65,9 %. Виходячи з цього для одержання в відбувається їхня гідратація, і потім утворення готовому брикеті загального вмісту заліза на рівні кристалічної структури кальцитів і силікатів, що є 54÷56 % вміст окисленого залізовмісного основою для формування міцного зв'язку часточок матеріалу повинний знаходиться в межах 85÷88 матеріалу брикету між собою. Портландцемент %, причому верхня границя відноситься до меншоце комплексний матеріал, отриманий випалом і го вмісту заліза у вихідному матеріалі, а нижня до спільним помелом глини і вапняку і, що має у своїй більшого. сполуці окисли: СаО - 62÷67 %; SiO2 - 20÷23 %; Відповідно до практики доменного виробництАl2O3 - 4÷8 %; Fе2O3 - 1÷4 %; MgO - 0,5÷5 %; SO3 ва звільнення горна доменної печі від графітового 1÷3 %; K2O+Na2O - 0,5÷1 %. Недоліком портландсміття і непрореагувавшої коксової дрібноти відбуцементу є відносно високий вміст сірки (0,4÷1,2 %) вається, якщо вміст двовалентного оксиду заліза і оксиду кремнію SiО2 (20÷23 %). При великих становить не менш 28÷29 %. При цьому, якщо кількостях (10÷30 %) використання даного вміст вільного FeO перевищує 44÷45 %, то процес матеріалу, як зв'язуючого, до складу брикету попромивання йде інтенсивно а, відповідно, повинтрапить 0,08÷0,24 % сірки. Ураховуючи, що в ний бути періодичним. Забезпечення постійного якості окисленого залізовмісного матеріалу викопомірного промивного ефекту може бути досягнуристовуються відходи металургійного виробницто тільки за умови вмісту FeO саме на нижніх тва, у яких відповідно до статистики вміст сірки рівнях, а саме, 28÷28,5 %. Вміст заліза в ньому становить близько 0,26 %, загальний вміст сірки в становить 22 %. Але тому що брикет повинний брикеті становить 0,34÷0,5 %, що істотно виконувати одночасно функції часткового перевищує вміст сірки в традиційних видах заміщення традиційних видів залізорудної сировипідготовленої залізорудної сировини (0,023÷0,037 ни і забезпечувати постійний промивний ефект, %). При дослідному виготовленні брикетів в умовміст загального заліза в брикеті повинний вах Макіївського металургійного заводу встановвідповідати багатим агломератам або окатишам лено, що холодна міцність брикетів на рівні, що (орієнтовно 54÷56 %), 22 % з якого повинно потравиробляються традиційно (55÷65 кг/см2), пити в горн у виді вільного FeO. Частина, що задосягається саме при використанні портландцелишилася, (55-22=35 %) повинна бути відновлена менту, в якості зв'язуючого матеріалу у кількості до металевого заліза з частини оксидів, що зали1,5÷3 % від загальної маси компонентів брикету. шилася. У наявній сировині (окисленому При менших кількостях міцність готового брикету 2 залізовмісному матеріалі) залізо утримується у падає менш 20 кг/см , при більших - зростає вміст вигляді суміші двовалентного оксиду (FeO) і у сірі. У таблиці 1 приведені дані по міцності вигляді тривалентного оксиду (Fе2О3). Згідно дабрикетів при різному вмісті зв'язуючого матеріалу. ним аналізів заводських хімічних лабораторій 7 76684 8 Таблиця 1 Кількість сполучного, % мас 1 1,5 2 2,5 3 3,5 При більш ніж 3,5 % портландцементу, кількість сірки в брикеті зростає вище 0,3 %, що при введенні брикету в доменну піч може привести до додаткових витрат вапняку і, відповідно, коксу. Для забезпечення якісної заміни традиційних видів залізорудної сировини, а саме агломератів, основність (відношення вмісту оксиду кальцію до вмісту оксиду кремнію) повинна бути на рівні 1,2÷1,22. При введенні раніше описаних складових у брикет ця величина становить 1,18÷1,19. Для забезпечення необхідної основності потрібно додаткове введення в брикет оксиду кальцію для забезпечення десульфурації як самої речовини брикету, так і інших компонентів шихти. Для цього обране пилоподібне негашене вапно із вмістом СаО не менш 80 %. Уведення такого матеріалу, в кількості 5,5÷6 %, саме і забезпечує збільшення основності брикету до 1,2÷1,22. Крім того, використання як флюсуючої добавки негашеного вапна, а як пластифікатора органічного матеріалу на основі цукрів, наприклад, меласси обумовлене тим, що основою для хімічного процесу зміцнення брикету є процес карбонізації вапна за схемою Са→Са(ОН)2→СаСО3 Каталізатором даної реакції є органічний матеріал на основі цукрів. При цьому реакція утворення карбонату протікає по рівнянню Са(ОН)2+2С6Н12О6→Са(С6Н12О6)2+2Н2О; Са(С6Н12О6)2+СО2+Н2О→{(глюкоза)х*(СаСО3)у* (CaО)z} Проміжний колоїдний комплекс {(глюкоза)х*(СаСО3)у*(CaO)z}+СO2+H2О→CаСО3+C6Н12O6. Таким чином, у процесі формування брикету при реакції негашеного вапна і вуглекислоти (або повітря, або атмосфери сушильних камер) відбувається утворення карбонатних ґратків, що є основою для забезпечення міцності брикету саме в інтервалі температур 400-700°С, після чого, оксиди заліза відновлюються до FeO і утворюють кристалічні ґратки вже заліза, тим самим забезпечуючи міцність брикету до його відновлення при температурах 1200-1400°С в нижніх зонах печі. Крім того, реакція карбонізації відбувається з виділенням тепла, що дозволить забезпечити додаткове сушіння шихти для виробництва брикетів. Процес прискорення природної карбонізації був описаний у роботах Д.И. Менделєєва. [Основы Химии Дополнение к главе 14 Издание 13 М.: Госхимиздат, 1947]. Згідно даним цієї роботи добавка меласси в кількості 3÷6 % від маси інших Холодна міцність брикету, кг/см2 20 35 45 50 65 75 компонентів шихти забезпечує прискорення реакції карбонізації в десятки разів. Дослідничим шляхом в умовах цеху по виробництву будівельних виробів Макіївського металургійного заводу було встановлено, що додавання меласси, в кількості 5,5÷6 %, забезпечує досягнення механічної міцності брикету на стиск на рівні не менш 45 кг/см2 в умовах сушіння при температурі 80°С (стандартні умови сушіння бетонних будівельних виробів) протягом 8 годин. При цьому цілком забезпечувалася необхідна для пресування в'язкість шихти. При менших кількостях меласси сформований брикет не досягав необхідної міцності, при великих - схоплювання шихти відбувалося на стрічці транспортера. В умовах доменної печі № 3 Макіївського металургійного заводу був проведений промисловий експеримент по використанню брикетів в умовах доменної плавки в період з 10.09 по 30.09.2005 року. Для виготовлення брикетів були використані: суміш прокатної окалини і колошникового пилу з загальним вмістом заліза 64,3 % у якості окисленого залізорудного матеріалу, портландцемент у якості зв'язуючого матеріалу, негашене вапно пушонка - як флюсуюча добавка і меласса - як пластифікатор суміші. Зазначені матеріали були піддані хімічному аналізові з метою визначення основних хімічних елементів. Вміст оксидів заліза в суміші окалини і колошникового пилу становило 48,2 % FeO і 36,7 % Fе2O3; вміст вуглецю - 10,9 %; вміст кремнезему (SiO2) - 3,89 %; вміст сірки - 0,177 %; вміст СаО у вапні було 80,6 %. Виходячи з отриманих результатів прийнятий наступний склад вихідних матеріалів 100 кг брикетів: - окислений залізорудний матеріал (суміш прокатної окалини і колошникового пилу) - 87 кг; - зв'язуючий матеріал (портландцемент) - 2 кг; - флюсуюча добавка (вапно) - 5,8 кг; - пластифікатор (меласса) - 5,2 кг; За зазначений період із шихтою завантажено 1757 т брикетів з питомою витратою 48,7 кг/т, при добових коливаннях від 20 до 55 кг/т чавуна, середньодобове виробництво чавуна за цей період склало 1719 т, витрата коксу - 461,7 кг/т, простій 1,6 %, коефіцієнт безперервного завантаження брикетів за номінальним часом - 96,9 %. Перерва в завантаженні мала місце двічі: через зупинку печі на заміну шибера гарячого дуття № 11 (5,83 ч) і через збій у постачанні брикетів (9,64 ч). Завантаження брикетів робили другим рудним скіпом по циклічній системі завантаження. Уведення брикетів у шихту здійснювався поетапно. При цьо 9 76684 10 му на період проведення випробувань передбачаЗ 20.09.05. масу рудної колоші збільшили до лося збереження умов шихтовки і технологічних 17,5 т, а з 23.09. до 18,5 т, що повинно було параметрів на постійному рівні. сприяти виключенню почастившихся випадків неПитома витрата брикетів у середньому станоповноти печі. При цьому витрата брикетів у подачу вила 21 кг/т. Введення в шихту брикетів, поряд з не змінився (0,5 т), що привело до зниження їхньої відносною сталістю шихтовки (100 % агломерату) питомої витрати до 40-49 кг/т. на даному етапі, сприяло поліпшенню форсировки При використанні в шихті агломерату, брикетів ходу: перепад тисків виріс з 1,1 до 1,15, а кількість і окатишів, які ввели в шихту з 17.09.05. у розмірі подач, що завантажуються за зміну - до 60-62. 30 %, кількість подач, що завантажується за зміну, Перед початком використання брикетів, коли піч при масі рудної колоші 18,5 т, була досить висовийшла на нормальний режим роботи після роздукою (60-62). вочного періоду (7.09-9.09.05), кількість подач, що У цілому за період використання брикетів у завантажувалися, не перевищувала 58. шихті фактичні показники роботи ДП № 3 (таблиця На другому етапі (13.09.-30.09.05.) витрата 3) у порівнянні з базовими (І квартал поточного брикетів у подачі була збільшена до 500 кг, що при року), коли вона мала найкращі результати роботій же масі рудної колоші (16,5 т) підвищило їхню ти, отримані більш високі. витрату до 52-54 кг/т чавуна. Це сприяло додаткоЯк видно з таблиці, збільшення виробництва вому розпушенню шихти, збільшенню приходу (приведене) склало 58,8 т/добу, зниження витрати FeO у горн у 2,5 рази і посиленню помірного прококсу - 4,4 кг/т, зниження витрати металошихты мивного ефекту. У період з 13.09. по 19.09.05 р., 60 кг/т. Таким чином, завантаження 1757 т брикепри зазначеній витраті брикетів, перепад тисків тів у вересні дозволили підвищити виробництво знаходився в межах 1,15-1,2 атм., кількість подач, чавуна на 1083,6 т, заощадити 61,4 т коксу і 2166 т що завантажуються, за зміну виросло до 64, металошихти. У такий спосіб доведена доцільність основні показники покращилися. виробництва і застосування брикетів у доменній плавці. Таблиця 3 Порівняльний аналіз роботи ДП №3 Найменування показників Середньодобове в-во, т/сут Питома витрата коксу, кг/т Відхилення по факторах: Поточні простої, % Тихий хід, % Залізо в самопл. шихті, % Витрата вапняку, кг/т Витрата доломит, вапняку, кг/т Витрата брикетів, кг/т Температура дуття, з Кисень у дутті, % Вологість дуття, г/м3 Витрата природного газу, м3/т Тиск колошн.газу, ати Склад чавуна, %: Si Мn S Якість коксу, %: М 40 М25 М10 +80 мм Зола Сірка Приведені показники : Виробництво, т/сут Витрата коксу, кг/т Металошихта, кг/т База 1-й кв-л 2005р. 1347 517 Факт 10.09-26.09 1702 465 Відхилення +355 -52,0 6,52 0,18 53,49 74 0 0 893 21,9 7,6 103 0,53 0,94 0,15 0,025 1,98 0,12 53,78 16 53 44,1 931 22,8 7,9 98 1,04 0,79 0,12 0,021 78,99 -4,54 -0,06 +0,29 -58 +53 +44,1 +38 +0,9 +0,3 -5 +0,51 -0,15 -0,03 -0,004 86,19 7,52 4,06 11,56 1,21 6,74 8,07 10,23 0,82 -0,78 +4,01 -1,33 -0,39 1347 517 1809 1405,8 512,6 1749 +58,8 -4,4 -60 11 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 76684 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601